Способи одержання полімерів

Синтез полімерів із мономерів заснований на реакціях
двох типів: полімеризації та поліконденсації.
Полімеризація
ланцюгова реакція
освіти
високомолекулярних
з'єднань шляхом
послідовного
приєднання
молекул мономеру до
зростаючого ланцюга.
Поліконденсація
процес утворення полімерів
взаємодією бі- або
поліфункціональних мономерів та
(або) олігомерів,
супроводжується виділенням
низькомолекулярного продукту
(води, спирту, NH3,
галогеноводороду,
відповідних солей та ін.).

3. Полімеризація

Характерні ознаки полімеризації
1. В основі полімеризації лежить реакція приєднання.
2. Полімеризація є ланцюговим процесом, т.к.
включає стадії вільно-радикального механізму:
ініціювання, зростання та обриву ланцюга.
3. Елементний склад мономеру та структурної ланки
полімеру однаковий.

4. Ланцюговий механізм реакції полімеризації

Як всяка ланцюгова реакція, полімеризація
включає три типи елементарних реакцій:
ініціювання ланцюга з освітою
активного центру,
зростання ланцюга
обрив ланцюга

5. Ініціювання ланцюга

Радикальна полімеризація:
гомолітичний розрив та утворення радикала:
Іонна полімеризація: гетеролітичний розрив
та освіта іона:

6. Зростання ланцюга

є багаторазовим
повторення актів приєднання молекул
мономеру до активного центру з
освітою макромолекули.
Обрив ланцюга
відбувається в результаті взаємодії
двох радикалів шляхом їхньої рекомбінації
чи диспропорціонування.

7. Радикальна полімеризація

8. Радикальна полімеризація

9. Іонна полімеризація

Катіонна полімеризація протікає під
впливом сильних акцепторів електронів
(мінеральних кислот, галогенідів AlCl3, BF3, SnCl4,
FeCl3 і т.д. )
Серед сокаталізиторів (води, ефірів, кислот та інших.)
може утворитися активний каталітичний
комплекс, що ініціює реакцію катіонної
полімеризації, наприклад:
Н2О + BF3 → (BF3·OH) H+

10. Карбкатіон

При взаємодії комплексу з мономером іон
Н+ приєднується до ненасиченої молекули
ізобутилену, перетворюючи її на активний
карбкатіон (іон карбонія):
ізобутилен
каркатіон

11. Зростання ланцюга

12. Обрив ланцюга

відбувається в результаті відриву протона (Н+) від
карбонієвого центру та дисоціації
каталітичного комплексу:

13. Аніонна полімеризація

протікає під впливом лужних металів та
їх алкоголятів, металоорганічних
з'єднань та інших електронодонородних
з'єднань.
Наприклад, амід калію повністю
дисоціює на іони під впливом
рідкого аміаку:
KNH2
K+ + NH2

14. Зростання ланцюга

Амідний іон може взаємодіяти з молекулою мономеру
СН2 = СН - CN (акрилонітрил), утворюючи активний карбаніон:
який потім викликає зростання ланцюга:

15. Обрив ланцюга

Можливо проведений аміаком, т.к. при
взаємодії його з карбаніном утворюється
амідний аніон NH2. Виходить реакція
передачі ланцюга.
Або протонними кислотами:

16. Особливість реакцій катіонної та аніонної полімеризації

вони можуть протікати з величезною швидкістю при
дуже низьких температурах, призводячи до
освіту високомолекулярного продукту.
полімеризація під дією комбінованих
каталізаторів особливого типу, наприклад суміші
алюмінійалкілів та хлоридів титану або ванадію
(каталізатори Циглера-Натта) у багатьох випадках
призводить до утворення стереорегулярних
полімерів.

17. Сополімеризація

Процес утворення високомолекулярних
з'єднань при спільній полімеризації двох
або більше різних мономерів називають
співполімеризації.
приклад. Схема кополімеризації етилену з
пропіленом:

18. Сополімеризація

19. Високомолекулярні сполуки, одержувані методом полімеризації

Поліетилен
Поліпропілен
Полівінілхлорид
Політетрафторетилен
Полімери похідних акрилової та метакрилової
кислот
Каучук

20.

ХАРАКТЕРНІ ОЗНАКИ РЕАКЦІЇ
ПОЛІКОНДЕНСАЦІЇ
1. В основі поліконденсації лежить реакція заміщення.
2. Поліконденсація – процес ступінчастий, т.к.
утворення макромолекул відбувається внаслідок низки
реакцій послідовної взаємодії мономерів,
димерів або n-заходів як між собою, так і один з одним.
3. Елементні склади вихідних мономерів та полімеру
відрізняються на групу атомів, що виділилися у вигляді
низькомолекулярного продукту (H2O, спирту, NH3 тощо).
Поліконденсація є основним способом утворення
природних полімерів у природних умовах.

21. Механізм поліконденсації

При поліконденсації мономери з функціональними
групами з'єднуються зі своїми сусідами, утворюючи
спочатку димери, потім тримери і довші
олігоміри. Таких центрів полімеризації у матеріалі
утворюється дуже багато.

22. Механізм поліконденсації

При поліконденсації мономери
вичерпуються вже за невисоких ступенів
завершеності реакції.
Зростання ланцюга високомолекулярного полімеру
відбувається переважно в результаті
багаторазової взаємодії між собою
олігомерних або полімерних молекул по
кінцевим функціональним групам (принцип
багаторазового подвоєння), при цьому число
молекул у системі зменшується (у цьому
ступінчастий характер поліконденсації).

23. Мономери, здатні до поліконденсації

У поліконденсацію можуть вступати сполуки,
що містять не менше двох функціональних
груп, здатних до хімічного
взаємодії. Наприклад, з'єднання з
двома різнорідними функціональними
групами:
• амінокислоти
H2N - R – COOH
• гідроксикислоти HO – R – COOH
поліаміди;
поліефіри;

24. Мономери, здатні до поліконденсації

дві сполуки, кожна з яких містить
однакові функціональні групи, здатні
взаємодіяти з групами іншої молекули:
•двохатомні спирти та двоосновні
(дикарбонові) кислоти:
HO-R-OH + HOOC-R`-COOH
поліефіри;
•діаміни та двоосновні кислоти:
H2N-R-NH2 + HOOC-R`-COOH
поліаміди.

25. Назви полімерів

Назвати полімер можна, якщо відомо хімічне
будова його макромолекул.
Для цього потрібно:
виділити структурну (мономірну) ланку в
макромолекулі;
за будовою цієї ланки визначити, який мономер
використаний для одержання даного полімеру;
назвати полімер, додавши приставку "полі" перед
назвою мономеру.

Полімери. Полімерна революція

• Полімерна революція почалася в 40-х
роках XX століття, коли люди вперше відмовилися
від природних, натуральних матеріалів
і синтезували те, чого ніколи у природі
не було: нейлон і поліетилен, речовини з
унікальними
властивостями
–
міцні,
стійкі, легкі і т.д.
Волокно
поліетилену, наприклад, міцніше стали.
Кореляції між структурами матеріалів
та їх властивостями виділили в ціле
напрямок - науку про полімери.

3.

Основні поняття теми
* Полімери –
• речовини, що мають велику молекулярну
масу, молекули яких складаються з великого
числа угруповань, що повторюються.
* Мономери –
• низькомолекулярні речовини, з яких
утворюються полімери.
* Структурна ланка –
• повторювана група атомів.
* Ступінь полімеризації -
• число, що показує кількість ланок у
молекули полімеру.
М (макромолекули) = M (ланки) * n

4.

5.

1. Який мономер використаний для отримання полімеру
1.CH2=CH-CH3
2. CH2=C(CH3)-CH=CH2
3.CH2 = C(CH3)2
2. Яка формула мономеру, якщо за його
полімеризації утворюються макромолекули наступного
будівлі:
. -CH2-CCl=CH-CH2-CH2-CCl=CH-CH2-. ?
1. Cl-CH2-CH=CH-CH2-Cl
3. CH2=CH-CH=CH2-Cl
2. CH2=CCl-CH=CH2

6. Класифікація полімерів

7.

8.

Характерні ознаки полімеризації
1. В основі полімеризації лежить реакція
приєднання.
2. Мономерами є ненасичені
з'єднання.
3. Ланцюгова реакція.

9.

10.

Характерні ознаки поліконденсації
1. В основі поліконденсації лежить реакція
заміщення.
2. Взаємодіють одна з одною молекули
мономерів, що мають дві функціональні групи.
3. Внаслідок реакції утворюється побічний
продукт (наприклад, H2O).

11.

12.

1. Вкажіть формули сполук,
які можна використовувати в
як мономери при реакції
полімеризації
а) HOOC-CH=CH-COOH
б) CH2=CCl2
в) HO-CH2CH2-OH
г) C2H5-C6H4-COOH
д) H2N-(CH2)5-COOH
е) HO-CH2CH2CH2-COOH

13.

2. Вкажіть формули сполук,
які можна використовувати в
як мономери при реакції
поліконденсації
а) CH3(CH2)3COOH
б) NH2(CH2)2COOH
в) HO-CH2CH2CH2-COOH
г) CH2=CH-COOH

14. 5. До якої групи належать хімічні реакції

А) n CH2 = CH2
(-CH2 - CH2-) n
Б)
В) n H2N-(CH2)5-COOН
H-[-NH-(CH2)5-CO-]n-OH +(n-1)H2O
Г) n HOOC-C6H4-COOH + nHOCH2CH2-OH
HO-(-CO-C6H4-CO-O-CH2CH2-O-)n-H + (n-1) H2O

15.

16.

3. По відношенню до нагрівання
термопласти
• Оборотно тверднуть і
розм'якшуються.
• Можлива вторинна
переробка.
• П. лінійного та
розгалуженого
будови
реактопласти
• Під дією тепла,
переходять у неплавке
стан
• Неможлива вторинна
переробка
• П. просторового
будови

17.

18. БІОПОЛІМЕРИ

19.

20. Натуральний каучук – продукт полімеризації алкадієнів

Назва «каучук» походить від слова
«каучу» (кау- дерево, вчу – текти). Так
індіанці називали сік гевеї. Білий сік
цього дерева темніло і ставало твердим
на повітрі. Індіанці робили з нього взуття,
тканини, що не промокають, судини для води. З
деякими із цих предметів європейців
познайомив Колумб.
У 1839 р. американець Чарльз Нельсон
Гудьїр, додавши в каучук трохи сірки і,
нагріваючи цю суміш, винайшов новий матеріал
з підвищеною міцністю,
еластичність, стійкий до нагрівання
і до холоду – гуму. Процес її отримання
називають вулканізацією.
З цього часу вироби із гуми
завоювали весь світ.

21. Запитання.

1. Білки – полімери, мономером
яких є …
2. Мономером крохмалю є ….
3. ДНК - полімер, що складається з ….
4. Мономер целюлози – …..

22. Штучні полімери -

Штучні
ПОЛІМЕРИ це високомолекулярні
речовини, які отримують
на основі природних
полімерів шляхом їх
хімічної модифікації

23. КЛАСИФІКАЦІЯ:

24.

• Виробництво штучних полімерів
базується на целюлозі. На їх основі
виробляють плівки, волокна, лакофарбові.
матеріали та загусники. Розвиток кіно та
фотографії виявилося можливим лише
завдяки появі прозорої плівки
з нітроцелюлози.

25.

Штучні нитки виробляють з
природної сировини – целюлози,
силікатів, казеїну, металів та
інших матеріалів.
Приклади: віскозні, ацетатні та
тріацетатні волокна

26.

Пластмаси – це матеріали,
отримані на основі полімерів,
здатні набувати заданої форми
при виготовленні виробу та зберігати її
у процесі експлуатації
Склад: полімер (частіше целюлоза)
барвники (колір)
наповнювачі (жорсткість)
пластифікатори (еластичність)

27. Історія

• Перша пластмаса була отримана англійською
металургом та винахідником Олександром
Парксом у 1855 році.
• Паркс назвав її паркезин (пізніше целулоїд).
Паркезін був вперше представлений на Великій
Міжнародна виставка в Лондоні в 1862 році.
• Паркезин був виготовлений з целюлози,
обробленою азотною кислотою та розчинником.
• Паркезін часто називали штучною
слоновою кісткою.

28. Властивості пластмас

29. Синтетичні полімери – полімери, одержувані з низькомолекулярних органічних сполук.

30.

31.

Виробництво синтетичних полімерів почалося 1906 року, коли Лео
Бакеланд запатентував так звану бакелітову смолу.
продукт конденсації фенолу і формальдегіду, що перетворюється при
нагріванні у тривимірний полімер. Напередодні Другої світової війни було
освоєно промислове виробництво полістиролу та полівінілхлориду,
є електроізолюючими матеріалами, а
також поліметилметакрилату -органічного скла під назвою
«плексиглас», без якого було б неможливе масове літакобудування в
роки війни.
Після війни відновилося виробництво поліамідного волокна та тканин
(Капрон, нейлон). У 50-х роках XX століття було розроблено поліефірне
волокно та освоєно виробництво тканин на його основі –
Лавсан. Поліпропілен і нітрон - штучна шерсть
з поліакрилонітрилу. У середині 50-х років XX століття виникли
полімерні матеріали на основі поліолефінів - поліпропілен та поліетилен.
Потім були впроваджені у виробництво поліуретани.
поширені герметики, адгезивні та пористі м'які матеріали
(поролон), а також полісилоксани - елементорганічні полімери,
володіють високими термостійкістю і еластичність.

32.

З 1932 і до 1990 СРСР за обсягами виробництва
синтетичного каучуку займав перше місце у світі.
Основними споживачами синтетичного каучуку
є шинні заводи, а близько 40 відсотків
каучуку йде на широкий асортимент
гумотехнічних виробів (понад 50 000), серед
яких найбільше помітне місце займають
технічні вироби з м'якої гуми, підошви
взуття, стрічкові транспортери, різноманітні труби
та шланги всіх видів, електроізоляція, герметики,
клеї, фарби на основі латексу і т.д.

33.

У 1910 р. вперше був
отримано синтетичний
полібутадієновий каучук по
методу російського вченогохіміка Сергія Васильовича
Лебедєва.

34.

«У нас є в країні все, крім
каучуку. Але за рік-два і в нас
буде свій каучук» (1931).
У 1932р. уряд СРСР
оголосило конкурс на розробку
промислового виробництва
синтетичного каучуку.
Ленінградські хіміки на чолі з
З. Ст. Лебедєвим розробили
спосіб отримання каучуку з
етилового спирту з наступним
полімеризацією його на
металевий натрій.

35.

«Я не вірю, що Радянському
Союзу вдалося отримати
синтетичний каучук! Це
суцільний вигадка! Мій
власний досвід та досліди
інших показують, що навряд чи
процес промислового синтезу
каучуку взагалі колись
увінчається успіхом!
1931 рік
Томас Едісон

36.

Види каучуків
Синтетичний
ізопреновий
каучук
має
високою
еластичністю та міцністю. Виробництво шин, взуття,
конвеєрні стрічки, медичні вироби.
Бутадієновий каучук має високу зносостійкість.
Виготовлення шин.
Бутан-стирольний каучук застосовується для виробництва шин,
гумового взуття та інших гумових виробів найвищої якості.
Бутадієн-нітрильний каучук має високу масло- та
бензостійкість. Застосовується у виробництві сальників.
Вінілпіридиновий каучук
має відмінну склеюваність.
Морозостійкий, масло- та бензостійкий.
Кремнійорганічні каучуки – силікони – широко застосовуються.
у медицині. З них створюють різні протези, трубки для
переливання крові тощо.
Фторвмісні каучуки - характеризуються підвищеною
термостійкість. Виготовлення герметиків та ущільнювачів,
працюючих при температурах вище 200оС.

37.

Пластмаси
Поліетилен
Матеріал має чудові плівкоутворюючі
властивостями.
Він використовується для виготовлення пляшок, ящиків, бочок, відер, посу
і т.д.
Поліпропілен
Поліпропілен дуже жорсткий, твердий та механічно міцний пласт
ік з найнижчою щільністю з усіх пластмас.
Пакування харчових продуктів.
Автомобільна промисловість: як матеріал для
повітряних фільтрів, чохлів, педалей
Будівництво: садові меблі, штучна трава,
Інше: окуляри, валізи, сумки, медичне встаткування.

38.

Полівінілхлорид (ПВХ, поліхлорвініл, вініл)
безбарвна, прозора пластмаса. Відрізняється
хімічною стійкістю до лугів, мінеральних олій,
кислот і розчинників.
Не горить на повітрі, але має малу
морозостійкістю (-15 ° C).
Застосування:
Електроізоляція проводів та кабелів;
Виробництво труб, плівок для натяжних стель,
штучних шкір, лінолеуму, взуттєвих пластикатів,
грампластинок, профілів для виготовлення вікон та дверей.

39.

Полістирол - жорсткий, тендітний, легко формується і
фарбується. Добре склеюється. Має низький
вологопоглинанням, високою вологостійкістю та
морозостійкість.
Області застосування:
як ізоляція для
електричних кабелів,
матеріали для будівництва
житла. Корпусні елементи
побутових приладів
Упаковка. Одноразовий посуд.
Склянка для йогурту з удароміцного.
полістиролу

40.

Волокна – високомолекулярні
речовини, що мають лінійне
будова та сформовані у вигляді
ниток.
Розрізняють натуральні (тварини,
рослинні та мінеральні) та
хімічні волокна (штучні та
синтетичні).

41.

Синтетичне волокно виготовляється з
органічних полімерів, одержуваних шляхом
переробки нафти, газу та кам'яного вугілля. У
залежно від способу виготовлення та вихідного
матеріалу розрізняють:
поліамідні;
поліефірні;
поліакрилонітрильні;
полівінілхлоридні.
Характерною особливістю синтетичних волокон
є їх нездатність вбирати вологу, що
супроводжується при механічних впливах на
волокна появою статичної електрики.

42.

Капрон - поліамідне волокно, високоміцне та зносостійке,
яка в мокрому вигляді майже не змінюється, використовуються для
виготовлення панчішно-шкарпеткової продукції, сукневих та
технічні тканини, трикотаж.
Волокно нітрон - поліакрилонітрильна сполука, має
шерстистістю. Ця його властивість підвищує теплозахисні
властивості та надає їм приємного зовнішнього вигляду.
Поліефірні нитки
низькою теплопровідністю та високою
пружністю, їх застосовують для
виготовлення синтепону, синтепуху та
інших утеплювачів.
Волокно лавсан має високу
міцністю, пружністю, порівняно
високою температурою плавлення, надає
тканин малозминальність, зносостійкість,
красивий вигляд.

43. Розумні полімери

44.

Сучасні технології дозволяють отримувати
полімери із дивовижними властивостями. Ліки,
які самостійно знаходять хворий орган,
упаковка, що подає сигнал про закінчення терміну
придатності, пластиковий пакет, що розкладається після
використання.
Розумні
полімери
мають
здатністю сильно реагувати на відносно
слабкий зовнішній вплив. Вони можуть різко змінити
форму або стан при зміні температури,
вологості, кислотності, висвітлення.
Оболонка таблетки з таких полімерів не буде
розчинятися
в
шлунку
при
рН
=
1,4
і
захистить лікарський засіб від шкідливого впливу
вмісту
шлунку.
Потрапивши
в
кишечник (рН = 6.7 - 7.4), оболонка таблетки
розчиниться,
що
дозволить
ліки
швидко
всмоктатися в кров.

45.

Є полімери, що розчиняються у воді при температурі
нижче 31℃. Як тільки температура перевищує 31 °C, полімер
зазнає фазового перетворення, полімерні ланцюжки втрачають
властивість розчинності, полімерна матриця різко скорочується,
та об'єкт починає рухатися. Такі об'єкти з наночастинок
називаються мікропливунами; впливаючи на них інфрачервоними
лазерними імпульсами, можна змусити їх пливти у потрібну
бік. Колись пливуни відіграватимуть велику роль
в наномедиціні.
Інший приклад - створення спеціальних багатошарових
мікро-і навіть нано-розмірних бульбашок для доставки ліків.
Направляючи на міхур випромінювання з певною довжиною хвилі,
можна викликати фазовий перехід, - оболонка розкриється,
і ліки, які знаходилися всередині міхура, вивільняться
там організму, де потрібно. Так можна доставляти
токсичні лікарські препарати до ракових пухлин: чим
точніше доставка, тим менше потрібна доза, і тим слабші побічні
ефекти.

46.

Ще один напрямок
- Розробка
органічних
сонячних
батарей.
Це
тонкоплівкові пристрої завтовшки від 50 до 100
нанометрів,
які
конвертують
світло
у електроенергію.
Органічні сонячні панелі тонкі.
отже, витрачається зовсім небагато матеріалу
на одиницю площі, та порівняно дешеві.
Уявіть: людина з трьома балончиками спрею
підніметься на дах: з першого балончика
на покрівлю наноситься електрод, з другого донор,
з третього - акцептор, потім знову електрод, -
і дах перетворюється на сонячну батарею. ККД
такої батареї поки невисокий, а стабільність
досить низька, але вирішення цього завдання - справа
часу.

47.

Створюється новий клас полімерних матеріалів,
який
повністю
відтворює
механіку
біологічних тканин: шкіри, легень, кровоносних
судин.
Це
відкриває
абсолютно
нові
перспективи
в
створенні
персоналізованих
імплантів.
На секції полімерних гелів з'їзду Японського
полімерного
товариства,
що відбувся у грудні 1991 р. в Тсукуба, були
продемонстровано
«жук»
з
гелю,
«палець», що піднімається по похилій площині
гелю,
згинається
і
що розгинається на повітрі, а не в розчині, як у
більшості випадків.

Що таке "мономер": базове поняття хімії полімерів

Мономери – що це таке насправді? За цим простим терміном ховаються дивовижні речовини, з яких складаються полімери, що оточують нас усюди.

Визначення мономеру

Отже, що таке "мономер" у точному хімічному значенні цього слова? Мономер – це низькомолекулярна речовина, яка в результаті реакції полімеризації утворює полімер. Також мономерами називають повторювані структурні ланки (одиниці) у складі макромолекул полімерів.

Існує кілька трактувань терміну "мономер":

• у вузькому сенсі - вихідна низькомолекулярна речовина, яка вступає в реакцію полімеризації;
• у широкому значенні - структурна одиниця, що багаторазово повторюється в полімері.

Поняття "мономер" тісно пов'язане з такими термінами як:

• полімер - високомолекулярна сполука, що складається з багатьох мономерних ланок;
• олігомер - низькомолекулярний полімер з невеликої кількості мономерів;
• функціональність - кількість реакційноздатних груп у мономері.

За функціональністю мономери поділяють на:

1. монофункціональні;
2. біфункціональні;
3. трифункціональні і т.д.

• етилен – біфункціональний мономер;
• дивінілбензол – трифункціональний мономер;
• гліцерин – мономер з функціональністю від 2 до 3.

Роль мономерів у освіті полімерів

Мономер що таке - це "цеглинки", з яких в результаті хімічних реакцій полімеризації утворюються полімери різної будови та властивостей.

Існує два основних механізми синтезу полімерів:

1. Реакції полімеризації з розкриттям кратних зв'язків у мономерах.
2. Реакції поліконденсації з утворенням низькомолекулярних побічних продуктів.

Наприклад, поліетилен утворюється з етилену реакції радикальної полімеризації, а поліамід - реакції поліконденсації діаміну і дикарбонової кислоти.

Будова вихідного мономеру багато в чому визначає властивості кінцевого полімеру. Завдяки підбору мономерів з потрібними функціональними групами можна "налаштовувати" задані характеристики полімерного цільового матеріалу.

Важливу роль грає функціональність мономерів. Так, з біфункціональних мономерів виходять лінійні полімери, а з трьох-і багатофункціональних - пошиті полімерні сітки.

Мономери речовин, вступаючи в реакцію полімеризації, утворюють полімерні матеріали з різними властивостями і областями застосування.

Мономери у промисловості

У промислових масштабах виробляється лише обмежене коло мономерів - звані мономери-гіганти. До них відносяться:

• етилен;
• пропілен;
• стирол;
• вінілхлорид;
• акрилонітрил та ін.

Їхнє щорічне світове виробництво обчислюється мільйонами тонн. Наприклад, випуск етилену 2020 р. становив близько 170 млн тонн.

Крім традиційних мономерів для пластмас активно розробляються мономери для високотехнологічних застосувань, таких як оптоелектроніка, мембрани, композитні матеріали та ін.

Окремо варто виділити акрилові мономери (акрилову кислоту, акриламід), які використовуються для виробництва фарб, клеїв, флокулянтів у очищенні води та інших важливих продуктів.

Природні мономери

У живій природі синтезується велика різноманітність біополімерів на основі природних мономерів.

Мономери біополімерів, такі як амінокислоти, нуклеотиди, моносахариди, з'єднуючись разом утворюють білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди та інші найважливіші речовини живих організмів.

Наприклад, 20 амінокислот, виступаючи в ролі мономерів, формують різноманітність білків зі складними структурами та біологічними функціями.

Сьогодні активно ведуться роботи зі створення штучних біополімерів на основі натуральних чи модифікованих мономерів. Особливий інтерес становлять біорозкладні полімери, які згодом руйнуються у навколишньому середовищі без утворення токсичних продуктів.

Синтетичні мономери

Крім природних речовин, як мономери використовуються сполуки, одержувані штучним шляхом - так звані синтетичні мономери.

Наприклад, для виробництва синтетичних каучуків застосовують мономери бутадієну, ізопрену, хлоропрену та ін. За рахунок поєднання різних мономерів можна широко варіювати властивості одержуваних еластомерів.

Сополімеризація - це реакція утворення полімеру із суміші декількох мономерів. Такий підхід дозволяє конструювати полімери із заданими характеристиками.

Безпека мономерів

Деякі синтетичні мономери, наприклад, вінілхлорид або акриламід, мають токсичні властивості. Це створює загрозу як при їх виробництві та переробці, так і в процесі експлуатації виробів.

Для забезпечення безпеки застосовують різні заходи: герметизацію обладнання, автоматизацію технологічних процесів, використання інгібіторів полімеризації, уловлювання газових викидів та ін.

Перспективні мономери для медичних та фармацевтичних полімерів. Вони повинні бути біосумісними, тобто не викликати відторгнення та запалення в живих тканинах організму.

Невирішені проблеми

Що є мономером для отримання полімерів із наперед заданою молекулярною архітектурою та комплексом властивостей - досі залишається непростим науковим завданням. Тут є ще багато невирішених питань.

Персоналізовані полімери

У майбутньому з'явиться можливість синтезувати "розумні полімери" із заданим набором властивостей, що відповідають індивідуальним потребам конкретної людини.

Це вимагатиме розробки найширшої бібліотеки мономерних блоків і високоточних способів їх складання в складні макромолекули. За допомогою штучного інтелекту підбиратимуться оптимальні набори мономерів для кожного окремого випадку.

Зелена хімія мономерів

"Зелена хімія" прагне мінімізувати негативний вплив хімічних виробництв на довкілля та здоров'я людини.

Щодо мономерів це означає:

• пошук більш екологічних шляхів їхнього синтезу;
• використання поновлюваної природної чи вторинної сировини;
• створення біорозкладних полімерів на їх основі.

Мономери у медицині майбутнього

Активно ведуться розробки біосумісних та біорозкладних мономерів для медичних застосувань.

Зокрема, вони використовуватимуться:

• у регенеративній медицині для вирощування органів та тканин;
• для доставки ліків у "розумних" капсулах, що розпадаються в організмі за заданою програмою;
• в медичних пристроях, що імплантуються, що працюють протягом певного часу в організмі пацієнта.

Перспективи та прогнози

В найближчому майбутньому прогнозується розширення асортименту мономерів за рахунок створення принципово нових класів сполук з унікальними функціональними групами.

Очікуються нові комерційно успішні продукти на їх основі - "розумні" полімери для електроніки, фотоніки, мембран, каталізу та ін. Мономери стануть одним із ключових напрямків розвитку хімічних технологій.